PLC 관련 일부 용어

개요

PLC 관련 일부 용어에 대한 내용 설명입니다. PLC 정상 유무를 감시하는 타이머 Watchdog이나 PLC의 메모리 영역 PLC 플로우 차트 방식에 대한 설명 PLC 논리 기호와 볼대수식 방식 논리식 및 입출력 주소의 활당 등에 관련된 용어 설명 내용입니다. PLC 그래픽 로더와 래더 다이어 그램 소프트 와이어드 로직 그리고 통신 기능과 PLC 데이터 메모리 및 사용자 프로그램 메모리등에 관련된 간략한 용어 설명 내용 정리입니다.

내용

PLC 워치독이라 것은 WDT라고 합니다. 컴퓨터가 정상적인지 유, 무를 항상 감시하기 위한 타이머입니다. Watchdog 타이머는 별도의 내부 오실레이터로부터 클럭을 공급받습니다. Watchdog 프리스케일러의 설정을 변경하여 Watchdog 리세트 발생 주기를 조절할 수 있습니다. WATCHDOG은 시스템 즉, MCU나 Processor가 정상적을 작동하고 있는 지를 체크 하는 기능이며 WATCHDOG TIMER은 WATCHDOG을 하기 위한 PLC 내부 타이머입니다. PLC MCU. 마이크로칩으로 PLC를 위해서 MCU(Micro Controller Unit)를 사용하게 되는데 PIC IC에서 개발한 8051등은 이 용도로 개발된 MCU이다. 각종 PLC Controller 목적으로 만들어진 CPU입니다. PLC 메모리 영역 PLC에서의 메모리를 세분하면 프로그램 영역과 데이터 영역으로 나누어집니다. 프로그램 영역은 제어 내용의 프로그램을 기억하는 부분이고, 데이터 영역은 그 프로그램에 의해 연산된 결과를 일시 기억하는 부분입니다. 프로그램 영역의 기억 내용은 기준이 되는 프로그램이 일정하지만, 데이터 영역의 기억 내용은 시간적으로 연산결과에 따라 여러 가지로 변화합니다.

 

이것을 PLC에서는 내부출력이라 하며 내부출력이란 릴레이 시퀀스제어에 있어서 릴레이의 코일에 대한 출력을 일시 저장해 두는 것입니다. 내부출력에는 비트와 워드가 있고, 비트 내부 출력은 시퀀스 등에 빈번히 사용되는 패턴을 한데 모아 내부출력으로 치환할 때 사용됩니다. 전자를 비트(논리) 연산, 후자를 워드(산술) 연산이라 합니다. 이 내부 출력에는 예를 들면 카운터 등의 경과 치를 기억하고 있는 경우에 전원을 끊어도 그 내용을 보전하여 다시 전원이 들어온 후에 그대로 사용할 수 있도록 정전기억이 될 수 있는 것도 있습니다. PLC 원격 입출력 링크 remote I/O link라는 것은 원격 입출력 링크는 PLC 프로세서와 원격 입출력 장치를 연결하는 통신망으로서, 이 링크는 PLC 프로세서에 장비되어 있는 스캐너를 통해 접속될 수도 있고, 독립적인 스캐너 모듈을 통해 접속되기도 합니다. 후자의 경우를 특별히 컴퓨터 링크 computer link라고 부르기도 합니다. 원격 입출력 링크는 보통 RS232, RS422 또는 RS485 등의 신호 레벨을 사용하며 비동기 전송 방식을 택하고 있습니다. 근거리 통신망 (local area network)이라는 것은 마이크로 컴퓨터와 로봇, SERVO. CNC 장비와 PLC 등의 각종 장비를 연결하여 제어하고 프로그램할 수 있게 합니다. 대부분의 제조업체에서는 전용의 통신망 시스템을 제공하여 PLC와 자사 제품의 링크 기능을 제공합니다. serial 아날로그 시리얼이라는 것은 시리얼 포트는 정보의 바이트를 한 번에 한 비트씩 순차적으로 송신과 수신을 합니다. 한 번에 전체 바이트를 동시에 전달하는 병렬 통신과 비교하면 시리얼 통신은 속도가 느리지만 훨씬 간단하며 장거리에도 사용할 수 있습니다. 시리얼 통신은 최대 1.2 Km까지 가능합니다. PLC는 컴퓨터의 지시 내용에 따른 결과를 컴퓨터로 전송(PLC 컴퓨터) PLC와 컴퓨터(그래픽 로더 탑재), 또는 PLC와 지능형 계측기(전자저울 등) 정보교환에 사용됩니다. 원래 컴퓨터의 데이터 신호는 8비트 또는 16비트 단위로 처리되어야 하지만 멀리 떨어진 곳까지 16가닥의 선로를 연결하기 힘들기 때문에 일정한 규칙에 따라 병렬 신호를 직렬로 분할해서 보내고, 받아서 원 상태로 조합하는 것이 직렬 통신 방식입니다. 이때 사용되는 인터페이스가 RS-232C다. RS는 Recommended Standard를 의미하며, 규정된 표준이 아니어서 여러 형태가 있지만 가장 기본적인 RS-232C 케이블은 3가닥으로 구성할 수 있습니다. sink 싱크입력 이란 것은 + Common형입니다. 입력 신호의 종류가 직류형(DC 12/24V) 일 경우 입력 신호가 on 될 때 PLC입력단자로 전류가 유입되는 방식을 말한다. source. 소스입력이란 것은 - Common형입니다. 입력 신호의 종류가 직류형(DC 12/24V) 일 경우, 입력신호가 on 될 때 PLC 입력 단자로부터 스위치로 전류가 유입되는 방식을 말합니다. LS산전 XGT PLC 관련 내용은 아래 링크 자료 참조 합니다.

XGT PLC

sink. 싱크입력 +source. 소스입력 싱크 또는 소스 입력 모두를 사용할 수 있는 것을 말합니다. 싱크(sink) 출력이란 것은 출력의 종류가 트랜지스터 형 일 경우, PLC출력 접점이 on 될 때 부하에서 출력단자로 전류가 유입되는 방식을 말합니다. 소스(source) 출력이란 것은 출력의 종류가 트랜지스터 형 일 경우, PLC 출력 접점이 on 될 때 출력 단자로부터 부하로 전류가 유입되는 방식을 방식을 말합니다. 입출력 주소(I/O address)의 할당이란 것은 입출력 주소의 할당은 기본 베이스의 입출력 슬롯위치에 의해 결정되고 주변기기에서 임의로 할당할 수도 있습니다.

 

CPU가 입출력 모듈과 데이터를 주고받을 경우에 각 모듈을 주소에 의해 관리해야 하기 때문에 주소를 할당해 놓아야 합니다. 실제 장착되어 있는 모듈보다 작은 점수로 주소를 할당한 경우에는 사용할 수 있는 입출력 접점수가 줄게 됩니다. 예로 32점의 모듈을 설치하고 16점의 주소를 설정한 경우나, 16점의 모듈을 설치하고 32점의 주소를 할당한 경우에는 16점밖에 사용할 수가 없습니다. PLC reset RESET (unlatch coil) 왼편의 연결선 상태가 on 이 되었을 때는 변수는 OFF 되고 SET 코일에 의해 set 되기 전까지는 reset 되어 있는 상태로 유지가 된다. 기호는 --(R)-- 로 표시한다. 파라미터에서 랫치를 등록하여야 하며 모션에서는 원점을 등록하여야 RESET이 가능함 PLC 내부의 데이터 값을 초기 상태로 되돌리는 것을 말한다. 카운터나 타이머, 보조릴레이 등에 대해 RST 명령이 사용된다. FBD (Function Block Diagram) 프로세스 제어 등에서는 논리 회로도 외에 제어 알고리듬을 순서도나 블록도와 같이 표현하는 것이 유리하다. 근래 PLC는 프로세스 제어의 목적에도 널리 사용되므로 이를 지원하는 언어가 필요한데, FBD가 이를 지원한다. FBD 역시 수행하는 순서가 상자가 위치하는 곳에 영향을 받으므로, 사용자가 이에 대한 수행 규칙을 염두에 두고 프로그램하여야 한다. SFC(Sequencial Function Chart) SFC를 사용하면 제어의 흐름을 알기 쉽고 유지보수가 용이하며, 프로그램의 기술성이 뛰어나다. 병렬 분기 및 판단 분기를 효율적으로 표현하며, 현재 스테이트에 따라 동작을 결정하는 PLC언어로 SFC가 있다. SFC는 안전 페트리네트를 기초로 하여 고안되었으며, 페트리네트의 성질을 포함하여 기존 래더 언어의 단점을 크게 해결할 수 있다. SFC 만으로 독자적으로 사용되기보다는 래더 언어, IL, FBD, ST 등의 상위에서 사용되는 것이 일반적이며, 경우에 따라서는 SFC 상위에서 계층적으로 사용되기도 한다. 니모닉이나 래더 다이어그램 방식으로 작성된 여러 개의 프로그램 블록들을 순차적으로 도식화하여 그 실행 조건을 부여하는 방식이다. 그러나 SFC 언어는 조건처리 시 큰 메모리를 요구한다는 단점이 있다. 따라서 SFC로 설계된 시스템은 자기 진단기능을 부가하려면 메모리가 상당히 커야 하고, 속도가 늦은 단점이 있다.

기타

태스크의 스케쥴링 기능이란 것은 태스크란 사용자가 SFC나 래더 언어 혹은 PLC의 다른 언어로 작성한 프로그램의 실행 단위를 나타냅니다. 멀티태스킹 구조에서 태스크의 스케줄링 방식에는 크게 라운드 로빈(round-robin) 방식과 우선순위 방식이 있습니다. 라운드 로빈 방식 이란 것은 모든 태스크에게 동일한 시간 량(time quantum)만큼을 번갈아 할당합니다. 따라서, 모든 태스크는 긴급성에 있어서 동일한 우선순위를 가집니다. 이러한 방식은 고유한 스캔 주기를 지정한 태스크의 의미를 상실하는 것이 됩니다. 즉, 짧은 스캔 주기를 가지는 태스크는 긴 주기를 가지는 태스크보다 긴급히 처리해 주어야 하는데 라운드 로빈 방식은 동일한 시간만큼을 모든 태스크에게 할당하기 때문에 짧은 스캔 주기를 가지는 태스크의 긴급성을 만족시키지 못할 가능성이 있습니다. 10개의 태스크가 있는데 타임 퀀텀이 1 msec라면 10 msec의 실행 시간을 가지는 태스크는 10번의 타임 퀀텀을 필요로 합니다. 10번의 타임 퀀텀을 가지려면 10개의 태스크가 존재하므로 100 msec의 시간이 필요하게 됩니다. 따라서, 스캔 주기가 100 msec이상의 태스크만이 스케줄이 가능하다는 결론이 됩니다. 이 방식은 아직도 많은 PLC가 채택한 방식이지만, 실시간성이 긴급한 시스템에는 적합하지 않은 스케쥴링 방식입니다. PRMA(rate monotonic algorithm) 방식이란 것은 RMA방식은 스캔 주기가 짧은 태스크에게 높은 우선순위를 부여하는 방식이며, 이 방식을 쓰면 라운드 로빈(round robin)의 방식의 단점을 극복할 수 있습니다.

 

이때의 조건은 각 태스크 사이에는 연관 관계가 없으며 선점(preemption)이 가능하여야 합니다. RMA의 장점은 또한 긴급한 태스크와 긴급하지 않은 태스크를 구분하여 우선순위를 설정함으로써 실시간성을 더 효율적으로 구현할 수 있도록 한다는 점이다. 일반적으로 태스크의 실행시간은 미리 알아내기 힘든 경우가 많습니다. 따라서, 여러 태스크가 실행 중인 실제 상황에서는 운영체제에 의해 태스크의 데드라인이 만족되는지 항시 점검하여 사용자에게 보고하는 방식입니다. 비트(bit) 디지털에서의 최소 정보 단위이며, 2진수로 0 또는 1입니다. PLC에서 비트, 접점, 포인트(point)는 모두 같은 의미의 용어로 사용되며. 바이트(byte) 대부분의 컴퓨터 시스템에서, 8 비트 길이를 가지는 정보의 기본 단위를 바이트라고 합니다. 영어와 숫자 그리고 특수문자(아스키 문자표에 있는) 등의 경우 한 글자를 표현하는데 1 바이트가 필요하지만, 한글이나 한자 등은 한 글자를 표현하는데 2 바이트가 소요된다. 바이트는 또한 활용 목적에 따라 좀 더 큰 단위로 사용될 필요가 있을 때 비트 스트링(string of bits)을 유지할 수 있다(예를 들면, 이미지를 표현하는 프로그램을 위한 시각적 이미지를 구성하고 있는 연속된 비트들이 필요할 때). 어떤 컴퓨터 시스템에서는 4 바이트를 1 워드로 구성함으로써, 프로세서가 보다 효율적으로 각 명령어를 읽고 처리할 수 있도록 설계되지만, 어떤 컴퓨터 프로세서들은 2 바이트 또는 1 바이트 명령어를 취급할 수 있습니다. 바이트는 표기할 때는 영문 대문자 "B"를 쓰고, 소문자 "b"는 대개 비트를 나타 냅니다. 8비트를 한 묶음의 정보처리 단위로 표현한 것입니다. 1byte=8bit입니다. 워드(word)라는 것은 A/D 변환치는 1 word(16Bit) 부호가 있는 바이너리값(10진수)으로 READ 합니다. 16비트를 한 묶음의 정보처리 단위로 표현한 것이고 1 word=16bit입니다. 지능형 입출력 (intelligent I/O) 지능형 입출력 모듈 (intelligent I/O module)은 래더 로직의 제어를 위한 데이터 테이블을 거치지 않고 입력값을 온보드(on-board)로 처리하여 출력 값을 제어합니다. 따라서 지능형 입출력 모듈은 몇 개의 직접 입출력을 가질 수도 있지만, 모든 입출력을 데이터 테이블과 직접적으로 관련시키지 못할 수도 있습. 하나의 지능형 입출력 모듈은 디지털 입출력 회로나 아날로그 입출력 회로, 혹은 두 회로 모두를 장비하고 있습니다. PLC 릴레이 출력은 PLC 출력 접점 소자에 릴레이를 사용하는 방식입니다. AC, DC 공용이므로 일반적으로 사용되나 디지털 출력에 비하여 개폐 빈도 속도에 한계가 있습니다. PLC TR 출력은 PLC 출력 접점 소자에 스위칭 트랜지스터를 사용하는 방식이며 DC 전용으로 릴레이 접점과 같은 접점 방식이 아니라 수명이 반 긴 편입니다.

 

SSR 출력 PLC 출력 접점 소자에 무접점 반도체 릴레이를 사용하는 방식입니다. AC 전용으로 수명이 긴 편입니다. 선형 위치 결정 모듈 (linear positioning module)이라는 것은 디지털 위치 값과 아날로그 속도 값을 feedback 받아 처리하여 아날로그와 펄스 속도 출력 값을 제어합니다. PLC에서 PID 모듈은 아날로그 공정변수(process variable) 입력을 처리하여 아날로그 제어변수 (Control Variable) 출력 값을 제어합니다. 아날로그 신호의 종류 전압 신호로는 0-5 Vdc, 1-5 Vdc,5Vdc, 5Vdc, 10 Vdc 등의 전압 신호와 전류 신호로 4-20mA, 0-20mA,20mA 등입니다. 저항체 온도신호로는 RTD 타입으로 측온저항체 resistance temperature device 입력으로 100Ω백금 재질과 120Ω 니켈 및 10Ω 구리재질등의 온도 신호등그리고  mV/열전대 타입으로 TC, thermocouple 입력 100mV 또는 B, R, S, E, J, K, T-타입 열전대 등이 있습니다. 래더 언어의 동작 이란 것은 CPU가 래더 언어를 읽어서 수행하는 것을 스캔 (scan)이라 부르고 있습니다. 래더언어는 릴레이 로직을 나타내는 회로도이므로, 실제 릴레이 로직과 같이 병렬적으로 수행되어야 하나, 실제로는 임의의 순서를 정하여 순서적으로 수행할 수밖에 없습니다. 래더 언어를 수행하는 순서는 크게 둘로 나눌 수 있는데, 하나는 열 단위로 해석하는 방법이며 AEG Modicon 등의 경우 다른 하나는 행 단위로 수행하는 알렌브레들리등의 경우에 방법입니다. 래더 언어가 서로 입력과 출력을 교차하여 참조하는 경우에는 실제 릴레이 로직, 행 단위 수행, 열 단위 수행의 결과가 일시적으로 달라질 수 있읍니다, 사용자는 이러한 점을 염두에 두고 프로그램하여야 합니다. 또 실제 릴레이 로직과 다른 점은 항상 왼쪽에서 오른쪽으로만 전류가 흐르는 것과 같은 동작을 한다는 것과, 수직 연결과 중첩 연결 등이 허용되지 않는다는 것입니다. 데이터 처리 명령 군은 상자 모양의 기호를 사용하여 표현하며, 출력 코일과 같이 왼편에 연결된 릴레이 로직에 의하여 동작 여부가 결정됩니다.

ROM.Read only Memery 이란 것은 PLC에서 읽기 전용으로, 메모리 내용을 변경할 수 없습니다. 따라서, 고정된 정보를 써넣습니다. 이 영역의 정보는 전원이 끊어져도 기억시킨 정보 내용을 상실하는 휘발성 메모리이다. 최근에는 프래쉬메모리 채용으로 변경이 가능합니다. PLC에서 RAM.Random Access Memory라는 것은 메모리에 정보를 수시로 읽고 쓰기가 가능하여 정보를 일시 저장하는 용도를 사용되나 전원이 끊어지면 기억시킨 정보 내용을 상실하는 휘발성 메모리입니다. 따라서 배터리 백업(back up)에 의하여 부 휘발성 영역으로 사용할 수 습니다. 사용자 프로그램 메모리 제어하고자 하는 시스템 사양에 따라 사용자가 작성한 프로그램이 저장되는 영역으로, 제어 내용이 프로그램 완성 전이나 완성 후에도 바뀔 수 있으므로 RAM이 사용됩니다. 프로그램이 완성되어 고정이 되면 ROM에 써넣어 ROM운전을 할 수 있습니다. PLC 데이터 메모리에서는 입. 출력 릴레이, 보조 릴레이, 타이머와 카운터의 접점 상태 및 설정값, 현재값 등의 정보가 저장되는 영역으로 정보가 수시로 바뀌므로 RAM영역이 사용됩니다. PLC통신 기능에서는 R-NET P-NET. 디바이스넷 및 이더넷통신등 PLC 연산 보드는 다른 연산보드, 사용자, 외부 호스트와의 인터페이스를 지원하여야 합니다. 이러한 기능을 담당하는 태스크는 PLC내의 연산 태스크의 수행시간을 방해하지 않는 방식으로 이루어져야 합니다. 즉 PLC의 외부와의 통신에 대한 이벤트는 태스크의 통신방식인 메일 박스(mail box), 메시지 큐(message queue)등의 원시 기능을 사용하여 구현합니다. 운영체제는 이러한 원시 기능을 지원하여야 합니다. 최근의 PLC의 운영체제는 이러한 원시기능을 지원하는 추세입니다.

PLC관련 용어 몇 가지 내용입니다.